数字音频教学课件第04讲

1、1 1 第第4 4章章 组合逻辑设计原理组合逻辑设计原理 逻辑代数基础逻辑代数基础 组合电路分析组合电路分析 组合电路综合组合电路综合 数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用 2 2 化简逻辑函数化简逻辑函数 什么是最简什么是最简 公式法化简公式法化简 卡诺图化简卡诺图化简 3 3 卡诺图化简步骤卡诺图化简步骤 填写卡诺图填写卡诺图 圈组：圈组：找出可以合并的最小项找出可以合并的最小项 先找奇异先找奇异“1”单元，圈质主蕴涵项，再圈其它单元，圈质主蕴涵项，再圈其它 项项 保证每个圈的范围尽可能大、圈数尽可能少保证每个圈的范围尽可能大、圈数尽可能少 方格可重复使用，但不要重叠圈组方格可重复使用，但

2、不要重叠圈组 读图：读图：写出化简后的各项写出化简后的各项 消掉既能为消掉既能为0也能为也能为1的变量的变量 保留始终为保留始终为0或始终为或始终为1的变量的变量 4 4 4.2 4.2 组合电路的分析组合电路的分析 分析的目的：分析的目的： 确定给定电路的逻辑功能确定给定电路的逻辑功能 分析步骤：分析步骤： 由输入到输出逐级写出逻辑函数表达式由输入到输出逐级写出逻辑函数表达式 对输出逻辑函数表达式进行化简对输出逻辑函数表达式进行化简 判断逻辑功能（列真值表或画波形图）判断逻辑功能（列真值表或画波形图） 5 5 4.3 4.3 组合电路的综合组合电路的综合 根据给出的实际问题，根据给出的实际问

3、题， 求出实现这一逻辑功能的电路。求出实现这一逻辑功能的电路。 进行逻辑抽象，得到真值表或逻辑函数式进行逻辑抽象，得到真值表或逻辑函数式 选择器件的类型选择器件的类型 逻辑化简或变换成适当的形式逻辑化简或变换成适当的形式 电路处理，得到电路图电路处理，得到电路图 6 6 正常工作状态正常工作状态故障状态故障状态 1 1、进行逻辑抽象：、进行逻辑抽象： 输入变量：红输入变量：红R R 黄黄Y Y 绿绿G G 三盏灯的状态三盏灯的状态 灯亮为灯亮为1 1，不亮为，不亮为0 0 输出变量：故障信号输出变量：故障信号F F 正常工作为正常工作为0 0，发生故障为，发生故障为1 1 例：设计一个监视交通

4、信号灯工作状态的逻辑电路例：设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路 7 7 正常工作状态正常工作状态 1 1、进行逻辑抽象：、进行逻辑抽象： 输入变量：红输入变量：红R R 黄黄Y Y 绿绿G G 三盏灯的状态三盏灯的状态 灯亮为灯亮为1 1，不亮为，不亮为0 0 输出变量：故障信号输出变量：故障信号F F 正常工作为正常工作为0 0，发生故障为，发生故障为1 1 例：设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路例：设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 RYGF 真真 值值 表表 1 1 1 1

5、1 8 8 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 RYGF 真真 值值 表表 1 1 1 1 1 1 1、逻辑抽象、逻辑抽象 2 2、用门电路设计、用门电路设计 写出逻辑函数式并化简写出逻辑函数式并化简 F = RYG + RY + RG + YG RYG RY RG YG G RY 00 01 11 10 0 1 1 1 1 1 1 9 9 3 3、电路处理、电路处理 F = RYG + RY + RG + YG R Y G F 1010 问题问题 描述描述 4.3 4.3 组合电路的综合组合电路的综合 逻辑逻辑 抽象抽象 选定选定

6、器件器件 类型类型 函数化简函数化简 电路处理电路处理 将函数将函数 式变换式变换 电路电路 实现实现 真值表真值表 或或 函数式函数式 用门电路用门电路 用用MSIMSI组合组合 电路或电路或PLDPLD 11 11 4.5 4.5 定时冒险定时冒险 稳态特性稳态特性 和和 瞬态特性瞬态特性 steady-state behavior & stransient behavior 电路延迟电路延迟 冒险（冒险（hazard） A A A F F 尖峰尖峰 1212 静态冒险静态冒险 静态静态-1型冒险型冒险静态静态-0型冒险型冒险 主要存在于主要存在于 “与或与或”电路中电路中 A F A F

7、 输出端在一定条件下，输出端在一定条件下， 能简化成：能简化成： F = (AA) = A+A 输出端在一定条件下，输出端在一定条件下， 能简化成：能简化成： F = (A+A) = AA 主要存在于主要存在于 “或与或与”电路中电路中 1313 利用卡诺图发现静态冒险利用卡诺图发现静态冒险 Z XY 00 01 11 10 0 1 1 1 1 1 若卡诺图中，若卡诺图中， 圈与圈之间有相切现象，圈与圈之间有相切现象， 则可能出现静态冒险。则可能出现静态冒险。 消除冒险的方法：消除冒险的方法： 引入额外项乘积项覆盖冒险的输入对。引入额外项乘积项覆盖冒险的输入对。 F = XZ + YZ + X

8、Y 1414 AB CD 00 01 11 10 00 01 11 10 1 11 1 11 1 1 1 1 1515 动态冒险动态冒险 一个输入转变一次而引起输出变化多次的可能性一个输入转变一次而引起输出变化多次的可能性 X Z Y F W 慢慢 更慢更慢 1616 第四章第四章 小结小结 4.1 4.1 开关代数开关代数 公理、定理公理、定理 摩根定理摩根定理 对偶、反演对偶、反演 逻辑函数的标准表示法逻辑函数的标准表示法 真值表真值表 积之和、和之积积之和、和之积 标准项标准项 n n 变量最小项（最大项）变量最小项（最大项） 补充：同或、异或补充：同或、异或 4.2 4.2 组合电路分

9、析组合电路分析 4.3 4.3 组合电路综合组合电路综合 4.5 4.5 定时冒险定时冒险 1717 第四章第四章 作业作业 4.5 4.6 (a)(b) 4.9 (c)(e) 4.10 (c)(f) 4.13 (a)(e) 4.16 (b)(c) 4.19 (a)(c) 4.22 (a)(c)(e) 4.31 4.32 4.33 4.38 4.39 4.44 4.46 4.47 4.71 4.72(b) 4.66 4.83 1818 补充：竞争冒险补充：竞争冒险（清华教材）（清华教材） 1 & A A Y1 1 1 A Y2 A A Y1 Y2 竞争：门电路两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳

10、变。竞争：门电路两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变。 若后继负载电路是一个对脉冲敏感的电路，若后继负载电路是一个对脉冲敏感的电路， 这种尖峰脉冲可能使负债电路发生误动作。这种尖峰脉冲可能使负债电路发生误动作。 竞争冒险：由于竞争而在电路输出端可能产生尖峰脉冲竞争冒险：由于竞争而在电路输出端可能产生尖峰脉冲 1919 检查竞争检查竞争冒险现象的方法冒险现象的方法 只要输出端的逻辑函数在一定条件下能简化成只要输出端的逻辑函数在一定条件下能简化成 Y = A + AY = AA或或则可判定存在竞争则可判定存在竞争冒险冒险 如如：Y = AB +AC 当当 B = C = 1 时时，Y = A +

11、A ，存在竞争存在竞争冒险冒险 又如又如：Y = ( A + B ) ( B + C ) 当当 A = C = 0 时时，Y = BB ，存在竞争存在竞争冒险冒险 采用计算机辅助分析手段采用计算机辅助分析手段 用实验来检查电路输出端是否产生尖峰脉冲用实验来检查电路输出端是否产生尖峰脉冲 2020 消除竞争冒险现象的方法消除竞争冒险现象的方法 v 接入滤波电容接入滤波电容 尖峰脉冲一般都很窄，输出端并接一个很小的滤波尖峰脉冲一般都很窄，输出端并接一个很小的滤波 电容，足以将其幅度削弱到门电路的阈值电压以下。电容，足以将其幅度削弱到门电路的阈值电压以下。 增加了输出电压波形的上升时间和下降时间，使波形变坏增加了输出电压波形的上升时间和下降时间，使